Winsock解析

1、基本知識

 一、Winsock，一種標準API，一種網絡編程接口，用於兩個或多個應用程序（或進程）之間經過網絡進行數據通訊。具備兩個版本：

Winsock 1:

Windows CE平臺支持。

頭文件：WinSock.h

庫：wsock32.lib

 Winsock 2:

部分平臺如Windows CE貌似不支持。經過前綴WSA能夠區別於Winsock 1版本。個別函數如WSAStartup、WSACleanup、WSARecvEx、WSAGetLastError都屬於Winsock 1.1規範的函數；

頭文件：WinSock2.h

庫：ws2_32.lib

 mswsock.h用於編程擴展，使用時必須連接mswsock.dll。

 

二、網絡協議：

IP (Internet Protocol)  網際協議，無鏈接協議；

TCP (Transmission Control Protocol)  傳輸控制協議；

UDP (User Datagram Protocol)  用戶數據協議；

FTP (File Transfer Protocol)  文件傳輸協議；

HTTP (Hypertext Transfer Protocol)  超文本傳輸協議；

 

三、字節存儲順序：

big_endian:大端存儲，存儲順序從高位到低位，地址指向最高有效字節。在網絡中將IP和端口指定爲多字節時使用大端存儲，也稱爲網絡字節順序(network_byte)。貌似MAC OS使用的是大端存儲方式；

 

little_endian:小端存儲，存儲順序從低位到高位，地址指向最低有效字節。本地主機存儲IP和端口制定的多字節時使用，也稱爲主機字節順序(host_byte)。大多數系統都是小端存儲；

 

用下面的方式能夠檢測是否爲大端存儲：

bool IsBig_endian() 

{ 

    unsigned short test = 0x1122; 

    if ( *( (unsigned char*)&test ) == 0x11 ) //force unsigned short pointer to ussigned char pointer

    { 

        return true; 

    }  

    else 

    { 

        return false; 

    } 

} 

 

此外有不少函數能夠用來進行 主機字節和網絡字節之間的轉換，如:

u_long htonl( u_long hostlong );

int WSAHtonl( SOCKET s, u_long hostlong, u_long FAR *lpnetlong );

而有時網絡IP是點分法表示的，如:192.168.0.1，使用函數unsigned long inet_addr( const char FAR *cp ); 能夠將點分法的IP字符串做爲一個網絡字節順序的32位u_long返回。

2、快速瞭解

 

一、Winsock初始化：

首先確保包含對應版本的頭文件，而後保證連接對應的庫文件（能夠在代碼中使用#pragma comment(lib, "WS2_32")，或在編譯器項目屬性中連接器->輸入->附加依賴項中添加ws2_32.lib）；

 經過調用WSAStartup函數來實現加載Winsock庫：

print?

int 

WSAAPI 

WSAStartup( 

    IN WORD wVersionRequested, 

    OUT LPWSADATA lpWSAData 

    ); 

其中參數wVersionRequested用來指定加載Winsock庫的版本，高位字節爲次版本，低位字節爲主版本，使用宏MAKEWORD(x,y)來生成一個WORD；

參數lpWSAData是指向WASDATA結構指針，加載的版本庫信息將會填充這個結構，詳細內容自查。

在使用Winsock後須要釋放資源，並取消應用程序掛起的Winsock操做。使用int WASCleanup();

 

 

二、錯誤處理：

若是已經加載了Winsock庫，則調用Winsock函數出錯後，一般會返回SOCKET_ERROR，而經過使用函數int WSAGetLastError() 能夠得到具體信息值，例如：

 

if ( SOCKET_ERROR == WSACleanup() ) 

{ 

    cout << "WSACleanup error " << WSAGetLastError() << endl; 

    return 0; 

} 

根據獲取錯誤信息值，能夠知道錯誤緣由，並進行相應的處理。

 

 

三、尋址：

想要進行通訊就須要知道彼此的地址，通常來講這個地址由IP和端口號來決定。在Winsock中使用SOCKADDR_IN結構來指定地址信息：

struct sockaddr_in { 

        short   sin_family; 

        u_short sin_port; 

        struct  in_addr sin_addr; 

        char    sin_zero[8]; 

}; 

sin_family字段一般設置爲AF_INET，表示Winsock此時正在使用IP地址族；

sin_port用於標示TCP或UDP通訊端口，部分端口是爲一些服務保留的，如FTP和HTTP使用要注意；

sin_adr字段把地址(例如是IPv4地址)做爲一個4字節的量來存儲起來，它是u_long類型，且是網絡字節順序的。可使用inet_addr來處理點分法表示的IP地址；

sin_zero只充當填充項，以使SOCKADDR_IN結構和SOCKADDR結構長度同樣。

如下簡單的使用SOCKADDR_IN來指定地址：

print?

//建立一個地址 

int serverPort      = 5150; 

 

char FAR serverIP[] = "192.168.1.102"; //本機ip，不知道就ipconfig 

 

SOCKADDR_IN serverAddr; 

serverAddr.sin_family   = AF_INET; 

serverAddr.sin_port = htons( serverPort ); 

serverAddr.sin_addr.s_addr  = inet_addr( serverIP ); 

int serverAddr_size = static_cast<int>( sizeof(serverAddr) ); 

有時做爲一個鏈接通訊的服務端來講，在設置監聽socket的地址結構時sin_addr.s_addr的值能夠是htonl( INADDR_ANY )，INADDR_ANY容許將socket綁定到系統中全部可用的接口，以便傳到任意接口的鏈接（端口必須正確）均可以被監聽socket接受。

 

 

四、socket套接字：

套接字是通訊時爲傳輸提供的句柄，Winsock的操做都是基於套接字實現的。建立一個套接字有socket和WSASocket方法：

 

SOCKET 

WSAAPI 

socket( 

       IN int af,       //協議的地址族，使用IPv4來描述Winsock，設置爲AF_INET 

       IN int type,     //套接字類型，TCP/IP設置爲SOCK_STREAM，UDP/IP設置爲SOCK_DGRAM 

       IN int protocol      //用於給定地址族和類型具備多重入口的傳送限定，TCP設置爲IPPROTO_TCP，UDP設置爲IPPROTO_UDP 

       ); 

若是建立成功，函數會返回一個有效的SOCKET，不然會返回INVALID_SOCKET，能夠用WSAGetLastError()函數得到錯誤信息。

 

 

五、鏈接通訊實現過程：

連結通訊是基於TCP/IP實現的，進行數據傳輸前，通訊雙方要進行鏈接。

 

服務端：

初始化Winsock後，建立一個監聽socket和一個要接受鏈接的地址結構；

使用bind將監聽socket與地址結構進行關聯；

 

int 

WSAAPI 

bind( 

     IN SOCKET s,               //一個用於監聽的socket 

     IN const struct sockaddr FAR * name,   //指向進行綁定的地址結構 

     IN int namelen             //進行綁定的地址結構的大小 

     ); 

使用listen將bind成功的監聽socket狀態設置爲監聽狀態；

 

int 

WSAAPI 

listen( 

       IN SOCKET s,     //一個用於監聽的socket，已經進行bind 

       IN int backlog       //容許掛起鏈接的隊列的最大長度，超過這個長度後，再有鏈接將會失敗 

       ); 

 

使用accept接受經過監聽socket獲取的鏈接，成功後將返回的新的鏈接socket進行保存以便數據傳輸；

print?

SOCKET 

WSAAPI 

accept( 

       IN SOCKET s,         //處於監聽模式的socket 

       OUT struct sockaddr FAR * addr,  //指向一個地址結構，用來接受鏈接後得到對方地址信息 

       IN OUT int FAR * addrlen     //指向一個整數，表示參數2指向地址結構的大小 

       ); 

 

 

客戶端：

初始化Winsock後，建立一個監聽socket和一個要鏈接的服務器地址結構；

使用connect將socket和服務器地址結構進行初始化鏈接，成功後將使用socket進行數據傳輸；

print?

int 

WSAAPI 

connect( 

        IN SOCKET s,            //要創建鏈接的socket 

        IN const struct sockaddr FAR * name,    //指向保存要創建鏈接信息的地址結構 

        IN int namelen          //參數2指向地址結構的大小 

        ); 

 

 

鏈接成功後，使用send、recv來進行數據傳輸；

print?

int 

WSAAPI 

send( 

     IN SOCKET s,       //進行鏈接的socket 

     IN const char FAR * buf,   //指向發送數據的緩衝區 

     IN int len,        //發送數據的字符數 

     IN int flags       //一個標誌位，能夠是0、MSG_DONTROUTE、MSG_OOB還能夠是他們的或運算結果 

     );         //返回已經發送的數據長度 

 

 

int 

WSAAPI 

recv( 

     IN SOCKET s,       //進行鏈接的socket 

     OUT char FAR * buf,    //指向接受數據的緩衝區 

     IN int len,        //準備接受數據字節數或緩衝區的長度 

     IN int flags       //能夠是0、MSG_PEEK、MSG_OOB還能夠是他們的或運算結果 

     );         //返回已接受的數據長度 

 

鏈接結束後，使用shutdown和closesocket來斷開鏈接和釋放資源；

print?

int 

WSAAPI 

shutdown( 

         IN SOCKET s,   //要關閉的socket 

         IN int how //關閉標誌：SD_RECEIVE、SD_SEND、SD_BOTH 

         ); 

 

 

六、無鏈接通訊實現過程：

無鏈接通訊是基於UDP/IP實現的，UDP不能確保可靠的數據傳輸，但能將數據發送到多個目標，或者接受多個源的數據。

初始化Winsock後，能夠建立socket和用以進行通訊任意地址結構；

使用recvfrom經過socket和通訊的地址結構接受數據；

使用sendto經過socket和通訊的地址結構發送數據；

print?

int 

WSAAPI 

recvfrom( 

         IN SOCKET s, 

         OUT char FAR * buf, 

         IN int len, 

         IN int flags, 

         OUT struct sockaddr FAR * from, 

         IN OUT int FAR * fromlen 

         ); 

 

int 

WSAAPI 

sendto( 

       IN SOCKET s, 

       IN const char FAR * buf, 

       IN int len, 

       IN int flags, 

       IN const struct sockaddr FAR * to, 

       IN int tolen 

       ); 

 

一樣通訊結束後，使用shutdown和closesocket來斷開鏈接和釋放資源

 

 

上述使用函數都有多個版本，並且相關的一些標誌位參數能夠提供設置選項，另外，返回的錯誤處理等也有待於詳細研究；

 

 

七、select函數：

 

select()用於肯定一個或多個套接口的狀態。對每個套接口，調用者可查詢它的可讀性、可寫性及錯誤狀態信息。

print?

int 

WSAAPI 

select( 

       IN int nfds,         //指集合中全部文件描述符的範圍，即全部文件描述符的最大值加1，在Windows中值無所謂。  

       IN OUT fd_set FAR * readfds, //可選指針，指向一組等待可讀性檢查的套接字。  

       IN OUT fd_set FAR * writefds,    //可選指針，指向一組等待可寫性檢查的套接字。 

       IN OUT fd_set FAR *exceptfds,    //可選指針，指向一組等待錯誤檢查的套接字。 

       IN const struct timeval FAR * timeout    //select()最多等待時間，對阻塞操做則爲NULL。 

       ); 

 

//用fd_set結構來表示一組等待檢查的套接口。在調用返回時，這個結構存有知足必定條件的套接口組的子集： 

 

typedef struct fd_set { 

    u_int fd_count;               //其中set元素數目 

    SOCKET  fd_array[FD_SETSIZE]; //保存set元素的數組 

} fd_set; 

 

fd_set set; 

FD_ZERO(&set);      /*將set清零使集合中不含任何fd*/ 　　 

FD_SET(fd, &set);       /*將fd加入set集合*/ 　　 

FD_CLR(fd, &set);       /*將fd從set集合中清除*/ 　　 

FD_ISSET(fd, &set);     /*測試fd是否在set集合中*/  

 

select的返回值：

select()調用返回處於就緒狀態而且已經包含在fd_set結構中的描述字總數；

若是超時則返回0；不然的話，返回SOCKET_ERROR錯誤，經過WSAGetLastError獲取相應錯誤代碼。

當返回位0時，全部描述符集清0；

當返回爲-1時，不修改任何描述符集；

當返回爲非0時，在3個描述符集裏，依舊是1的位就是準備好的描述符。這也就是爲何，每次用select後都要用FD_ISSET的緣由。

參考：http://www.2cto.com/kf/201111/111568.html